Département de Technologie chimique industrielle
Rapport de soutenance
En vue de l’obtention du diplôme
De Licence professionnalisant en :
Génie Chimique
Thème
Réalisée par :
TABET Maissa
Encadré par :
Mr BOUTICHE Ahmed
Tuteur de l’entreprise :
Mme BOUZAKRI Abir
Année Universitaire : 2019/2020
Suivi du procède de dessalement et qualité physico-chimique
de l'eau de mer dessalée par la station de –TENES-
Remerciement
Avant tout, je remercie Dieu de m’avoir donné la vie, la santé et qui a illuminé
mon chemin et qui me a armés de courage pour achever mes études.
Je remercie particulièrement mon promoteur Mr. BOUTICH de m’avoir orienté
par ses conseils judicieux dans le but de mener à bien ce travail.
Mes sincères remerciements vont également ou membres du jury qui ont bien
voulu d’accepté de participer à l’évolution de mon travail.
Je tiens à remercier aussi tout le personnel de l’unité DESALADORA de
TENES pour leur accueil en particulier Mme Bouzakri Abir responsable de
laboratoire de la station.
A tous ceux qui ont contribué à l’avancement et la réalisation de ce Mémoire,
j’exprime mes profonds remerciements.
Dédicaces
La vie est liée à l’interdépendance humaine issu des valeurs morales c’est
pourquoi je tiens c’est avec grande plaisir que je dédie ce modeste travail
accompagné d’un profond amour
A celle qui m’a arrosé de tendresse et d’espoirs, à la source d’amour qui est
souffert sans me laisser souffrir, qui n’a jamais dit non à mes exigences et qui n’a
épargné aucun effort pour me rendre heureuse, mon adorable mère.
A l’homme, mon précieux offre du dieu, qui doit ma vie, ma réussite et tout mon
respect, mon père AHMED
A mon très cher frère et mes belles sœurs que dieu de protéger et leurs offre la
chance et le bonheur
A mes meilleures amies Racha, Fella, Nawel et Abir, et ma cousine Chaima et ma
nièce Hadil, puisse Dieu vous donne santé, bonheur courage et surtout réussite.
Sommaire
Liste des figures Liste des tableaux Liste des abréviations Résumé
Introduction ... 1.
CHAPITRE I L’EAU ET SES PROPRIETES I.1 L’eau ... 3.
I.1.1 Définition ... 3.
I.1.2 Importance de l’eau ... 3.
I.1.2.1 L’eau dans l’organisme humain ... 3.
I.1.2.2 Eau et alimentation ... 3.
I.1.2.3 L’eau déminéralisée et risques (muqueuses intestinales) ... 4.
I.2 Caractéristiques des eaux marines saumâtres ... 4.
I.2.1 Les eaux marines ... 4.
I.2.2 Les eaux saumâtres ... 5.
I.2.3 La répartition de l’eau sur la terre ... 5.
I.2.4 Propriétés de l’eau ... 5.
I.2.5 Catégories d’eaux douces ... 6.
I.2.5.1 L’eau potable ... 6.
I.2.5.2 L’eau de source ... 6.
I.2.5.3 L’eau minérale naturelle ... 6.
I.3 Les paramètres de potabilité de l’eau ... 6.
I.3.1 Paramètre organoleptiques ... 7.
I.3.1.1 La couleur ... 7.
I.3.1.2 Goûts et odeurs ... 7.
I.3.1.3 La turbidité ... 7.
I.3.2 Paramètres physicochimiques ... 7.
I.3.2.1 La température ... 7.
I.3.2.2 pH ... 8.
Sommaire
I.3.2.4 La conductivité électrique ... 8.
I.3.2.5 La dureté totale ... 8.
I.3.2.6 Solubilité des gaz dans l’eau ... 9.
I.3.2.7 L’alcalinité ... 9.
I.3.2.8 Cations et anions ... 9.
I.3.2.9 Les nitrates et les nitrites ... 10.
I.3.2.10 Pollution des eaux par les métaux lourds ... 10.
I.3.3 Paramètres microbiologiques ... 11.
CHAPITRE II GENERALITES SUR LE DESSALEMENT II.1 Généralité sue le dessalement ... 12.
II.1.1 Situation du dessalement dans le monde ... 12.
II.1.2 Algérie ... 12.
II.1.3 Liste des stations de dessalement en Algérie ... 13.
II.1.4 Définition du dessalement de l’eau de mer... 15.
II.1.5 Etapes de dessalement de l’eau de mer ... 15.
II.2 Présentation de la station de dessalement de l’eau de mer à TENES ... 22.
II.2.1 Situation géographique ... 23.
CHAPITRE III PROCESSUS DE DESSALEMENT DE L’EAU DE MER III.1 Description du processus de dessalement de l’eau de mer ... 24.
III.1.1 La captation de l’eau de mer ... 24.
III.1.2 Le prétraitement ... 25.
III.1.2.1 Prétraitement chimique ... 25.
a. Désinfection... 25.
b. Dosage de métabisulfite de sodium ... 25.
c. Dosage d’inhibiteur anti-scalant ... 26.
III.1.2.2 Prétraitement physique ... 26.
a. Filtre à sable ... 26.
b. Filtre à cartouche ... 26.
III.1.2.3 Equipement osmose inverse ... 27.
a. Le pompage haute pression ... 27.
b. Récupération de l’énergie du concentrât ... 27.
c. Système de membranes d’osmose inverse ... 27.
Sommaire
III.1.3 Post de traitement ... 28.
CHAPITRE IV METHODES D’ANALYSES ET RESULTATS IV.1 Méthode analytiques... 29.
IV.1.1 Analyses physiques ... 29.
IV.1.2 Analyses chimiques ... 30.
IV.2 Résultats et interprétations ... 36.
IV.2.1 Résultats ... 36.
IV.2.2 Interprétations ... 36.
Conclusion ... 38. Référence bibliographiques
Liste des tableaux
Les figures
Figure II.1 : Schéma général d’une installation de dessalement ... 16.
Figure II.2 : Vue général sur la station de TENES ... 23.
Figure II.3 : Situation géographique de la station ... 23.
Figure III.1 : Captation de l'eau de mer ... 24.
Figure III.2 : les deux beaudrey (des filtres rotatifs) ... 25.
Figure III.3 : filtres à cartouches ... 26.
Figure III.4 : Système de récupération d'énergie ... 27.
Figure III.5 : le rack d'osmose inverse ... 27.
Figure III.6 : les silos de stockage de CaCO3 ... 28.
Figure IV.1 : appareil multi-paramètre ... 29.
Figure IV.2 : Spectrophotomètre ... 31.
Liste des tableaux
Les tableaux
Tableau I.1: Principaux effets associés aux métaux lourds ... 11.
Tableau IV.1 : Mesure de la durté totale ... 30.
Tableau IV.2 : Mesure de sulfate et TSS ... 31.
Tableau IV.3 : Test de chlorure ... 32.
Tableau IV.4 : Test de l'alcalinité... 33.
Tableau IV.5 : Dosage de calcium et de magnésium ... 33.
Tableau IV.6: Test de bore... 35.
Liste des abréviations
Abréviations
Cl : Concentration de chlorure cm : Centimètre
EDTA : Ethyle Diamine Tétra Acitique g/L : Gramme par Litre
HP : haut pression Km3 : Kilomètre cube m3/j : Mètre cube par jour m2 : Mètre au carré mg : Milligramme
mg/l: Milligramme par Litre OI : osmose inverse
OMS : Organisation Mondiale de la Santé pH: Potentiel d’Hydrogène
Ppm : Partie par million S : Salinité
TA : Titre Alcalimétrique
TAC : Titre alcalimétrique complet TDS : Solides Totaux Dissous
TH : Titre Hydrotimétrique (la dureté totale) TSS : Total des matières solides en suspension NTU : Unité Néphrélométrique de Turbidité UCV : Unité de couleur vraie
Résumé
صخلم
تاجايتحا يف ةدايزلا ىقبت ةيناسنلاا ريوطتو ةايحلا عاونا نم عون يا ةيرارمتسلا يرورض رما طيسب ءزج ءاملا ةديج ةيعون تاذ هايملا رفاوتو هايملا رئازجلل ةبسنلاب ةصاخو هلك ملاعلل ةبسنلاب يعضوم ايدحت . ةيدلب ىوتسم ىلع رحبلا هايم ةيلحت يف ةيرئازجلا ةموكحلا اهب تماق يتلا عيراشملا ربكأ نم ةدحاو يه دوزتلا ةعسب برشلا ةحلاصلا هايملاب م 3 يف ا مويل . ةيئايزيفلا ةيعونلا روطت ةعباتم ىلا فدهي ثحبلا اذه هايملل ةيئايميكلاو ةيلحت اهجتنت يتلا طغضلا ةينقت ةطساوب رحبلا هايم حضانتلا يسكعلا ةحصلا ةمظنم ريياعم يبلت ةيساسلاا ريياعملا نا ةظحلام نكمي سنت ةطحم يف اهيلع لوصحلا مت يتلا جئاتنلا نم ةيلودلا ريياعملا ةعومجم يف اهنيمضت متي و ةيملاعلا . تاملكلا ةيحاتفملا : ةيعونلا رحبلا هايم ةيلحت , ةيئايميكويزيفلا , يسكعلا حضانتلا . RésuméL’eau, molécule simple, est indispensable pour la continuité de toute sorte de vie ainsi qu’au développement des populations. L’augmentation des besoins en eau et la disponibilité de l’eau de bonne qualité demeure un challenge d’actualité, généralement pour le monde entier et particulièrement pour l’Algérie.
La station de dessalement de l’eau de mer à TENES -CHLEF, constitue l’un des plus grands projets réalisés par le gouvernement algérien en matière d’approvisionnement en eau potable, avec une capacité de 200.000 m3/ jour. Ce travail a pour objectif de faire un suivi de l’évolution de la qualité physico-chimique de l’eau obtenue par le dessalement de l’eau de mer par la technique d’osmose inverse.
D’après les résultats obtenus au niveau de la station de TENES, on constate que les paramètres essentiels répondent aux normes de l’OMS, et sont inclus dans l’intervalle des normes internationales.
Résumé
Abstract
Water, simple molecule, is essential for the continuity of any kind of life as well the development of populations. The increase in water needs and the availability of good quality water remains a topical challenge, usually for the whole world and particularly for Algeria.
The desalination of seawater TENES- CHLEF, is one of the largest projects undertaken by the Algerian government in drinking water, with a capacity of 20,000 m3 / day.This work aims to follow the evolution of the physico-chemical quality of the water produced by desalination of seawater by reverse osmosis technique.
From the results obtained at the TENES station, it can be seen that the essential parameters meet WHO standaeds, and are included in the range of international standards. Keywords: Water Desalination sea water, physico-chemical quality, reverse osmosis.
Introduction générale
Page 1 Introduction générale
Face à une répartition inégale de l'eau potable sur la planète, une demande de plus en plus forte pour le dessalement de l'eau de mer a été recensée ces dernières années. Le développement démographique, la haute concentration de la population mondiale dans une même zone où l'activité humaine s'accroît, et les progrès techniques qui ont menés à une réduction des coûts d'investissement, sont autant de facteurs qui ont contribué à cette hausse de la demande. Cet aspect fait apparaitre de nos jours l’actualisation du procédé de dessalement par l'étude de la distillation et de l'osmose inverse, mais également à travers les aspects de l'hygiène, de la sécurité et de l'environnement. Et à titre comparatifs des différents procédés de dessalement de l’eau en utilisant le choix des méthodes appropriés.
Trois facteurs principaux expliquent la demande de plus en plus forte pour le dessalement d'eau de mer constatée ces 15 dernières années :
Le développement démographique et son amplificateur : une migration des populations rurales vers les villes et principalement vers les villes les plus grandes ;
Le fait que plus du tiers de la population mondiale et plus de la moitié des mégalopoles (ville de plus de 5 millions d'habitants) soient concentrés dans une bande côtière de 150 km de profondeur où s'exerce donc une demande rapidement croissante de tous les secteurs de l'activité humaine : eau domestique, industrielle, touristique, agricole... Alors que les réseaux (fleuves, oueds) qui l'abreuvent y arrivent de plus en plus pollués et ayant déjà subi des prélèvements (surtout pour l'irrigation agricole) de plus en plus importants ;
Par ailleurs, les progrès techniques des deux technologies utilisées en dessalement d'eau de mer se sont traduits par une réduction des coûts d'investissement (taille croissante des unités construites, amélioration des membranes utilisées en osmose inverse (cf. perméabilité et passage de sel)...) et surtout des coûts de fonctionnement réduits en particulier pour le procédé d'osmose inverse dont la demande en énergie spécifique (kWh/m3 d'eau produite) a décru de 40 % en 15 ans... Tout cela concourant à rendre l'offre plus attrayante.
Demande forte, offre plus attrayante expliquent donc la croissance globale du marché de plus de 10 % par an et une mondialisation de celui-ci qui s’étend maintenant sur tout le pourtour
Introduction générale
Page 2 Méditerranéen (Espagne et Algérie en particulier), aux Caraïbes, sud des États-Unis, Australie, et récemment Chine, Inde...
Avant de procédé au processus technologique de dessalement, il est nécessaire de prendre connaissance de l’importance de l’eau et de ses propriétés requises à son utilisation.
Dans cette optique, une étude est menée en vu d’explorer le principe d’exploitation de la station de dessalement de TENES et les caractéristiques physico-chimiques des eaux traitées de la station, et à cause de Covid-19 ce travail se fait théoriquement.
Dans un premier temps, on présente une partie bibliographique composé de deux chapitres, le premier sur la généralité et les propriétés de l’eau, et le deuxième sur le dessalement.
Au chapitre III présente le processus de dessalement de l’eau de mer ou niveau de la station de TENES.
Enfin le dernier chapitre est intitulé sur les méthodes analytique et sur les résultats que on prés au niveau de la station.
Chapitre I
Chapitre I L’eau et ses propriétés
Page 3
I.1L’eau
I.1.1 Définition
L’eau (en latin aqua, qui a donné aquatique et en grec hydros qui a donné hydrique, hydrologie), est un élément incolore, inodore et sans saveur, sous forme liquide en condition standards, composé sous sa forme pure de molécules qui associent deux atomes d’hydrogène et un atome d’oxygène, de formule chimique H2O. Elle est cependant le constituant principal
de tout être vivant [1].
I.1.2 Importance de l’eau
I.1.2.1 L’eau dans l’organisme humain
L’eau est le principal constituant du corps humain. La quantité moyenne d’eau contenue dans un organisme adulte est de 65%.
L’organisme élimine en permanence de l’eau. En fin de digestion la plus grande part de l’eau traverse les parois de l’intestin pour aller rejoindre le sang et la lymphe, qui la transportent dans tout l’organisme, notamment vers les reins, la peau et les poumons ; elle sera ensuite éliminée de diverses manières (urine, sueur, expiration).
L’homme doit donc chaque jour subvenir à ses besoins en eau, en buvant, mais aussi en mangeant car les aliments en contiennent beaucoup. Pour maintenir l’organisme en bonne santé, les pertes en eau doivent toujours être compensées par les apports. La soif est d’ailleurs un mécanisme par lequel l’organisme « avertit » qu’il est en état de déshydratation [2].
I.1.2.2 Eau et alimentation
Puisqu’elle ne contient ni protéines, ni glucides et ni lipides, l’eau n’est pas un aliment. Elle ne fournit pas d’énergie brute. Par contre, l’eau est essentielle à la vie. C’est grâce à l’eau que le corps peut utiliser l’énergie présente dans les aliments [3]. Au moment de la digestion, outre l’eau apportée par les boissons et les aliments ingérés, l’organisme fournit lui- même plusieurs litres d’eau à l’estomac et à l’intestin grêle pour faciliter la circulation et la digestion des aliments. En fin de digestion, une faible proportion de toute cette eau descend dans l’intestin qui l’élimine avec les résidus de la digestion. Mais la plus grande part traverse les parois de l’intestin grêle et du colon pour aller rejoindre le sang et la lymphe, qui la transportent dans tout l’organisme, notamment vers les reins, la peau et les poumons [4].
Chapitre I L’eau et ses propriétés
Page 4 Sur le plan quantitatif, les activités humaines consommatrices d’eau traitée sont réparties selon les domaines:
l’agriculture: 68 % (pour l’irrigation) la consommation humaine: 24 % l'industrie: 5 %
production d'énergie: 3 % [5]
I.1.2.3 L’eau déminéralisée et risques (muqueuses intestinales)
Il a été démontré que la consommation d'eau à faible teneur en minéraux a un effet négatif sur les mécanismes homéostasies. L'homéostasie est la tendance de l'organisme à maintenir ses différentes constantes à des valeurs ne s'écartant pas de la normale (l'homéostasie assure, par exemple, le maintien de la température, du débit sanguin, de la tension artérielle, du pH, des volumes liquidiens de l'organisme, de la composition du milieu intérieur, etc.). Les expériences sur les animaux ont montré à plusieurs reprises que la prise d'eau déminéralisée mène à des hausses de la diurèse, volume de fluide cellulaire supplémentaire, diminution du volume des cellules rouges et certains autres changements hématocrites. Une étude allemande a prouvé que si l'eau distillée est ingérée, l'intestin doit ajouter des électrolytes à cette eau, les prenant des réserves du corps. L'ingestion d'eau distillée mène à la dilution des électrolytes dissous dans l'eau du corps. Une redistribution inadéquate de l'eau du corps peut compromettre la fonction des organes vitaux. Par le passé, des problèmes de santé aigus furent rapportés chez les escaladeurs de montagne qui avaient préparé leurs boissons avec de la neige n'ayant pas assez d'ions nécessaires. Une plus grave tournure d'une telle condition couplée avec un œdème du cerveau, des convulsions et des acidoses métaboliques fut reportée chez des enfants dont les boissons furent préparées avec de l'eau distillée ou de l'eau en bouteille contenant très peu de minéraux [6].
I.2Caractéristiques des eaux marines saumâtres
I.2.1 Les eaux marinesL’eau de mer est une solution complexe qui contient tous les éléments indispensables à la vie (calcium, silicium, carbone, azote, phosphore, oligo-éléments), des matières organiques (teneur comprise entre 0.5 et 2mg) et, naturellement à l’état dissous, les gaz présents dans l’atmosphère. L’eau de mer est faiblement alcaline. Son pH étant compris entre 7.5 et 8.4 [7]. La caractéristique la plus importante des eaux de mer est leur salinité, c'est-à-dire leur teneur globale en sels (chlorures de sodium et de magnésium, sulfates, carbonates).
Chapitre I L’eau et ses propriétés
Page 5 La salinité moyenne des eaux des mers et océans est de 35 g/L. Cette salinité peut être différente dans le cas de mers fermées [8].
I.2.2 Les eaux saumâtres
On appelle eau saumâtre, une eau salée non potable de salinité inférieure à celle de l'eau de mer. La plupart des eaux saumâtres contiennent entre 1 et 10 g de sels par litre. Ce sont parfois des eaux de surface mais le plus souvent des eaux souterraines qui se sont chargées en sels, en dissolvant certains sels présents dans les sols qu'elles ont traversés. Leur composition dépend donc de la nature des sols traversés et de la vitesse de circulation dans ces sols. Les principaux sels dissous sont le CaCO3, le CaSO4, le MgCO3 et le Na Cl [8]. I.2.3 La répartition de l’eau sur la terre
Près de 70 % de la surface de la Terre est recouverte d’eau (97 % d’eau salée et 3 % d’eau douce dans différents réservoirs), essentiellement sous forme d’océans mais l’eau est aussi présente sous forme gazeuse, liquide et solide. Selon [9], le volume approximatif de l'eau de la Terre (tous les réserves d'eau du monde) est de 1 360 000 000 km3. Dans ce volume, la répartition est la suivante :
1 320 000 000 km3 (97,2 %) se trouve dans les océans.
25 000 000 km3 (1,8 %) se trouve dans les glaciers et les calottes glaciaires.
13 000 000 km3 (0,9 %) sont des eaux souterraines.
250 000 km3 (0,02 %) sous forme d'eau douce dans les lacs, les mers intérieures, et les fleuves.
13 000 km3 (0,001 %) sous forme de vapeur d'eau atmosphérique à un moment donné I.2.4 Propriétés de l’eau
L’eau est une molécule remarquable dont les propriétés sont présentées ci-dessous :
L'eau a une force de cohésion élevée (difficile à évaporer)
(Température d'ébullition particulièrement élevée pour une molécule de cette masse molaire).
Cela permet à une importante phase liquide d'exister aux températures, connues sur terre (phase liquide indispensable à la vie telle que nous la connaissons).
Ses propriétés de solvant « doux » (un très grand nombre de réactions biochimiques possible)
Chapitre I L’eau et ses propriétés
Page 6
Le fait que la densité de l'eau soit plus grande à l'état liquide que solide, (conséquence remarquable : la glace flotte sur l'eau liquide)
La densité de l'eau douce soit maximale à 4 °C fait que la température au fond d'un lac ne peut pas descendre en dessous de 4 °C (sauf cas extrêmes). Cela permet à la vie aquatique de survivre aux périodes glacées, car l'eau reste liquide sous son manteau de glace isolant.)
La tension superficielle particulièrement élevée permet le phénomène de capillarité (qui permet, entre autres, à la sève des végétaux de monter) et à de nombreux êtres vivants de se déplacer sur la surface de l'eau [9].
L’eau est aussi la seule substance qui existe en trois états : liquide, solide et vapeur. Toutes les autres substances ne peuvent revêtir que deux états physiques seulement [10].
I.2.5 Catégories d’eaux douces
Les différents types d’eaux douces sont définis par [11]. On distingue : L’Eau potable
L’Eau de source
L’Eau minérale naturelle I.2.5.1 L’eau potable
On entend Par eau potable, l’eau naturelle ou traitée qui convient à la consommation, à la cuisson d’aliments, à la préparation de mets et au nettoyage d’objets entrant en contact avec les denrées alimentaires.
I.2.5.2 L’eau de source
On entend Par eau de source, de l’eau potable conditionnée directement à la source, non traitée ou uniquement traitée au moyen des procédés admis pour l’eau minérale naturelle.
I.2.5.3 L’eau minérale naturelle
C’est une eau souterraine microbiologiquement irréprochable, provenant d’une ou de plusieurs sources naturelles ou de captages Souterrains artificiels.
I.3Les paramètres de potabilité de l’eau
L’appréciation de la qualité des eaux de surface se base sur la mesure de paramètres physico-chimiques et chimiques ainsi que sur la présence ou l’absence d’organismes et de
Chapitre I L’eau et ses propriétés
Page 7 micro-organismes aquatiques [12]. En ce sens, les normes fixent les concentrations maximales admissibles, c’est-à-dire la quantité de telle ou telle substance qu’un individu peut absorber sans danger quotidiennement tout au long de sa vie.
I.3.1 Paramètre organoleptiques I.3.1.1 La couleur
Pour l’eau potable, le degré de couleur maximale acceptable est de 15 UCV. Elle peut être due à certaines impuretés minérales (fer) mais également à certaines matières organiques acides humiques, fulviques. Elle doit être éliminée pour rendre l’eau agréable à boire [13].
I.3.1.2 Goûts et odeurs
Les eaux de consommation doivent posséder un goût et une odeur agréable. La plupart des eaux, qu’elles soient ou non traitées, dégagent une odeur plus ou moins perceptible et ont une certaine saveur. Ces deux propriétés, purement organoleptiques, sont extrêmement subjectives et il n’existe aucun appareil pour les mesurer. Selon les physiologistes, il n’existe que quatre saveurs fondamentales : salée, sucrée, aigre et amère [14].
I.3.1.3 La turbidité
La turbidité d’une eau est due à la présence des particules en suspension, notamment colloïdales : argiles, limons, grains de silice, matières organiques, la pluviométrie joue un rôle important vis-à-vis de ce paramètre dans les superficielles et souterraines selon leur origine [15].
I.3.2 Paramètres physicochimiques I.3.2.1 La température
La température de l’eau, est un facteur qui agit sur la densité, la viscosité, la solubilité des gaz dans l’eau, la dissociation des sels dissous, de même que sur les réactions chimiques et biochimiques, le développement et la croissance des organismes vivant dans l’eau et particulièrement les microorganismes [16].
Chapitre I L’eau et ses propriétés
Page 8 I.3.2.2 pH
Le pH de l’eau mesure la concentration des protons H+ contenus dans l’eau. Il résume la stabilité de l’équilibre établi entre les différentes formes de l’acide carbonique et il est lié au système tampon développé par les carbonates et les bicarbonates [17].
I.3.2.3 Matières en suspension
Les matières en suspension, représentent l’ensemble des particules minérales et organiques contenues dans les eaux. Elles sont fonction de la nature des terrains traversés, de la saison, de la pluviométrie, de régime d’écoulement des eaux, de la nature des rejets, etc. [18]. Les teneurs élevées en matières en suspension peuvent être considérées comme une forme de pollution [19].
I.3.2.4 La conductivité électrique
La conductivité électrique d’une eau est la conductance d’une colonne d’eau comprise entre deux électrodes métalliques (Platine) de 1cm2 de surface et séparée l’une de l’autre de 1cm. L’unité de la conductivité est le Siemens par mètre (S/m). La conductivité donne une idée de la minéralisation d’une eau et est à ce titre un bon marqueur de l’origine d’une eau [20].
I.3.2.5 La dureté totale
La dureté d’une eau correspond à la somme des concentrations en cations métalliques, excepté celles des métaux alcalins (Na+, K+) et H+. Elle est souvent due aux ions Ca++ et Mg++. La présence de ces deux cations dans l’eau tend souvent à réduire la toxicité des métaux. La dureté se mesure en mg de CaCO3 par litre [12].
Dans l’eau, sont déterminés :
la dureté totale ou titre hydrotimétrique TH qui est la somme des concentrations calcique et magnésienne
la dureté calcique qui correspond à la teneur globale en sels de calcium
la dureté magnésienne qui correspond à la teneur globale en sels de magnésium
la dureté carbonatée correspond à la teneur en hydrogénocarbonate et carbonate de calcium et de magnésium.
I.3.2.6 Solubilité des gaz dans l’eau
L’eau contient toujours des gaz dissous dont les concentrations dépendent notamment de la température ainsi que de la composition et de la pression de l’atmosphère gazeux avec
Chapitre I L’eau et ses propriétés
Page 9 laquelle elle est en contact. La loi de HENRY appliquée à la solubilité des gaz dans l’eau pure, prévoit que, la concentration dissoute d’un composé gazeux dans l’eau est directement proportionnelle à la pression partielle de ce composé dans la phase gazeuse au contact de l’eau [18].
I.3.2.7 L’alcalinité
L’alcalinité d’une eau correspond à la présence de bases et de sels d’acides faibles. Dans les eaux naturelles, l’alcalinité résulte le plus généralement de la présence d’hydrogénocarbonates, carbonates et hydroxydes. D’autres sels d’acides faibles peuvent aussi être dosés et interfèrent dans la mesure : acides humiques, phosphates, citrates, tartrate. Deux titres qui sont le titre alcalimétrique simple (TA) et le titre alcalimétrique complet (TAC). L’unité utilisée est le degré français (1°f = 10 mg.L-1
de CaCO3 = 0.2
milliéquivalent.L-1), [18]. I.3.2.8 Cations et anions
Les eaux douces, qu’elles soient d’origine souterraine ou superficielle sont plus ou moins minéralisées par des sels naturels. Il est souvent très important de connaître précisément cette minéralisation en plus des indications données par les paramètres globaux de type « titre » et « potentiel ». Par ailleurs, certains des cations et anions minéraux naturels présents dans les eaux sont considérés comme indésirables ou toxiques selon l’usage auquel l’eau douce est destinée (domestique, agricole, industriel, santé, tourisme, refroidissement…) [18].
Le Calcium (Ca2+
)
L’ion calcium est le composé principal de la dureté de l’eau, il se trouve en général à une concentration de 5-500mg/l exprimé en CaCO3 (2-200mg en Ca2+) [21].
Le Magnésium (Mg2+
)
La dureté magnésienne de l’eau représente ordinairement le tiers de la dureté totale, les deux tiers restants correspondent à la dureté calcique, sa valeur est de 10 à 50 mg/l (environ 40-200 mg /l en CaCO3 ) [21].
Les Bicarbonates (HCO3-)
L’ion de bicarbonate est le principal constituant alcalin de la plupart des eaux courantes. On le trouve souvent à une concentration de 5-500mg/L exprimée en CaCO3 [21].
Chapitre I L’eau et ses propriétés
Page 10 Le Chlore (CL
-)
Puisque tous les sels du chlore sont très solubles dans l’eau, le chlore est fréquent dans les réserves d’eau douce à un taux de 10 à 100 mg /l [21].
I.3.2.9 Les nitrates et les nitrites
Ces paramètres sont des indicateurs pertinents de la dégradation des ressources en eau utilisée pour la production d’eau potable. La présence de nitrates dans l’eau d’alimentation peut avoir plusieurs origines :
- une origine liée aux activités humaines (rejets industriels, agricoles et urbains) ;
- une origine naturelle dans la mesure où les nitrates résultent des transformations de l’azote dans les eaux et les sols (cycle de l’azote).
Les nitrates (NO3-) et les nitrites (NO2-) sont des ions présents de façon naturelle dans
l’environnement. Ils sont le résultat d’une nitrification de l’ion ammonium (NH4+), présent
dans l’eau et le sol, qui est oxydé en nitrites par les bactéries du genre ‘Nitrosomonas’, puis en nitrates par les bactéries du genre ‘Nitrobacter’. Les nitrates sont très solubles dans l’eau [22]. Les nitrates peuvent être à l’origine de la formation de nitrites et de nitrosamines, responsables de deux phénomènes potentiellement pathologiques: la méthémoglobinémie et le risque de cancer [23].
I.3.2.10 Pollution des eaux par les métaux lourds
La pollution des eaux se fait par des métaux lourds souvent sous forme de traces, qui peuvent provoquer des intoxications chez l’homme par la consommation de l’eau contaminée en dépassant les limites fixées par la réglementation et l’OMS. Ces métaux lourds sont en particulier : Le cadmium, le fer, le plomb, l’arsenic, le nickel, et le bore. Les principaux effets associés aux éléments ci-dessus sont présentés au tableau I.1 .
Chapitre I L’eau et ses propriétés
Page 11 Tableau I.1: principaux effets associés aux métaux lourds
Elément Effets
Arsenic (As) Toxique, possible cancérigène
Cadmium (Cd) Hypertension, dommages sur le foie, Affections respiratoires, troubles rénaux
Chrome(Cr) Cancérigène sous forme de Cr(VI), troubles dermatologues, anémie
Cuivre (Cu) Peu toxique envers les animaux, toxique envers les plantes et les algues à des niveaux modérés
Mercure (Hg) Toxicité chronique et aiguë, Troubles du système nerveux (mémoire, fonctions sensorielles de coordination)
Nickel (Ni) Maladies respiratoires, asthme, malformations congénitales, cancérigène
Plomb (Pb) Toxique, troubles du système nerveux et cardiovasculaire, fatigue, cancérigène, affection du foie et des reins
Sélénium (Se) Essentiel à faibles doses, toxique à doses élevée Zinc (Zn) Toxique pour les végétaux à de fortes teneurs
I.3.3 Paramètres microbiologiques
Le risque microbiologique d’origine hydrique (ou risque infectieux) correspond à la présence dans l’eau de microorganismes pathogènes, ou potentiellement pathogènes (opportunistes) et ce en quantité supérieure au seuil d’infection fixé par l’OMS. Parmi ces microorganismes, on distingue les virus, les bactéries et les protozoaires. Le risque microbiologique provient donc du pouvoir pathogène de ces germes qui est conditionné non seulement par les propriétés de l’agent infectieux, mais aussi par la réceptivité de l’hôte. Il convient de préciser que la mise en œuvre de procédés élémentaires de désinfection telle que la chloration de l’eau, permet d’éradiquer totalement les fléaux tels que le cholera, la dysenterie bacillaire ou les fièvres typhoïdes et paratyphoïdes.
Chapitre II
Chapitre II Généralité sur le dessalement
Page 12
II.1 Généralité sue le dessalement
II.1.1 Situation du dessalement dans le monde
Le dessalement de l'eau est en très forte croissance dans le monde. L’approvisionnement en eau potable sur le plan quantitatif et qualitatif s’impose de plus en plus, parallèlement aux risques de pollutions (vecteurs de maladies, toxines ou matières en suspension ou agents pathogènes) qui perdurent à chaque étape du parcours de l'eau. La disponibilité géographique en eau douce est inégalement répartie dans le monde.
Face à cette réalité, le dessalement de l'eau de mer est venu s’imposer pour pallier à ce déséquilibre. La capacité installée de dessalement augmente chaque année en moyenne de plus de 10%. Aujourd’hui, plus de 15 000 unités de dessalement dans 120 pays produisent environ 40 millions de m3/j, dont les trois quarts issus de l’eau de mer et un quart des eaux saumâtres. Sur ces 40 millions, 75% sont destinés à la consommation humaine, 25% à un usage industriel ou agricole. Rappelons que la capacité mondiale de production en eau potable est de l’ordre de 500 millions de m3/j2).
La Chine a annoncé 1 million de m3/j d'eau de mer traitée en 2010 et jusqu'à 3 millions de m3/j en 2020. 60% des besoins en eau douce des pays du Golfe Persique sont satisfaits par le dessalement d'eau de mer. En Méditerranée, la production artificielle d’eau douce par dessalement d’eau de mer ou d’eau saumâtre souterraine a débuté d’abord dans des situations d’isolement insulaire (Malte, Baléares, Dalmatie, Chypre, Cyclades...), littorales (Libye) et désertiques (Algérie), et essaime aujourd’hui très rapidement tout autour de la Méditerranée. L’Algérie et l’Espagne ont clairement opté pour cette option pour résoudre leur problème de pénurie. A ce jour, la Méditerranée représente environ un quart du dessalement mondial. Vers 2030, la région pourrait approcher le chiffre du dessalement mondial actuel (soit environ de 30 à 40 millions de m3/j) [24].
II.1.2 Algérie
L’expérience algérienne en matière de dessalement des eaux est étroitement liée au développement de l’industrie et tout particulièrement de l’industrie pétrolière et sidérurgique. En 1964, trois petits blocs de 8 m3/h chacun ont été installés au complexe gaz fondu d’Arzew (ville côtière à l’Ouest du pays), et en 1969, une autre station a vu le jour à Arzew avec une capacité de production de 4560 m3/J. Dés lors de nombreuses installations de dessalement et de déminéralisation ont été mises en place en parallèle avec les nouveaux complexes. D’autres installations ont été mises en exploitation pour les besoins en eau de haute pureté
Chapitre II Généralité sur le dessalement
Page 13 nécessaires au processus des complexes de production d’électricité et l’industrie de liquéfaction. Il y a également quelques installations même dans le sud dans les bases pétrolières qui sont destinées principalement à fournir de l’eau de qualité pour la consommation humaine [25].
L’une des stations à grande capacité est celle d’El-Hamma (fonctionnelle en 2007) à Alger produit 200 000 m3 par jour (plus grande usine de dessalement d’Afrique). Elle permettra de couvrir le tiers des besoins en eau de la capitale Alger. L’autre grand projet de dessalement en réalisation celui d’Oran (ouest du pays), le projet de Mactaa près de Mers El Hadjadj, d’une capacité estimée à 500 000 m3 par jour est considéré comme l’un des plus grands projets dans le monde. A Tlemcen, deux projets d’une capacité respective de 200.000 m3 par jour qui sont prévus à la commune de Souk Tlata et à Honein, alors que Beni Saf abritera une station de 200.000 m3 et Mostaganem deux projets de dessalement de l’eau de mer de 200 000 m3
. II.1.3 Liste des stations de dessalement en Algérie
Le littoral de l'Algérie compte 21 stations de dessalement d'eau de mer réparties sur les 14 wilayas côtièreset 2 autres en construction, qui relèvent du Ministère des Ressources en Eau (MRE). Elles fournissent 17% de l'eau consommée dans le pays et alimente 6 millions de personnes avec un volume de 2,6 millions m3/jour.
Wilaya de Chlef
Station de dessalement de Ténès : 200 000 m3
/jour d'eau potable. Wilaya de Béjaia
Station de dessalement de Béjaïa : 100 000 m3
/jour d'eau potable. Wilaya de Tlemcen
Station de dessalement de Souk Tléta : 200 000 m3
/jour d'eau potable. Station de dessalement de Honaïne : 200 000 m3
/jour d'eau potable. Wilaya de Tizi Ouzou
Station de dessalement de Tigzirt : 2 500 m3
Chapitre II Généralité sur le dessalement
Page 14 Wilaya d'Alger
Station de dessalement du Hamma : 200 000 m3
/jour d'eau potable. Station de dessalement de Zeralda (en construction)
Wilaya de Jijel
Station de dessalement de Jijel : 200 000 m3
/jour d'eau potable. Wilaya de Skikda
Station de dessalement de Skikda : 100 000 m3
/jour d'eau potable. Wilaya d'Annaba
Station de dessalement d'Annaba : 50 000 m3
/jour d'eau potable. Station de dessalement d'Echat (en construction).
Wilaya de Mostaganem
Station de dessalement de Mostaganem : 200 000 m3
/jour d'eau potable. Wilaya d'Oran
La wilaya d'Oran comprend les stations de dessalement d'eau de mer suivantes: Station de dessalement d'Arzew : 90 000 m3
/jour d'eau potable. Station de dessalement de Bousfer : 5 500 m3
/jour d'eau potable. Station de dessalement de Aïn Turck : 5 000 m3
/jour d'eau potable. Station de dessalement de Chatt El Hilal : 200 000 m3
/jour d'eau potable. Station de dessalement de Mactaâ : 500 000 m3
/jour d'eau potable. Wilaya de Boumerdès
Station de dessalement de Djinet : 100 000 m3
/jour d'eau potable. Wilaya d'El Tarf
Station de dessalement d'El Tarf : 50 000 m3
Chapitre II Généralité sur le dessalement
Page 15 Wilaya de Tipaza
Station de dessalement de Oued Sebt : 100 000 m3
/jour d'eau potable. Station de dessalement de Douaouda:120 000 m3
/jour d'eau potable. Wilaya de Aïn Témouchent
Station de dessalement de Béni Saf : 200 000 m3
/jour d'eau potable. II.1.4 Définition du dessalement de l’eau de mer
Le dessalement s'appelle aussi désalinisation ou plus rarement dessalage. Il consiste à Séparer l'eau et les sels à partir d'une eau brute, qui peut être de l'eau de mer ou une eau Saumâtre d'origine continentale.
L'eau de mer contient en moyenne 35g/l de sels qui sont essentiellement des chlorures de sodium (76%) et de magnésium(11%), des sulfates de magnésium (5%), de calcium (3,5%) et de potassium (2,4%). Dans l'eau, Les sels sont sous forme d'anions chlorures et sulfates Parallèlement aux catchions sodium, magnésium, calcium et potassium. La salinité de l'eau de mer n'est pas constante. Dans les zones maritimes chaudes et Partiellement fermées elle est plus élevée : en méditerranée elle varie de 36 à 39g/l, dans Le Golfe Persique elle peut monter à un delà de 60g/l. C'est l'inverse dans les mers froides Recevant de forts apports fluviaux : 7g/l dans la Baltique.
II.1.5 Etapes de dessalement de l’eau de mer
Le processus de dessalement d’eau de mer se fait en quatre étapes la captation de l’eau de mer
le prétraitement
Les différents procédés de dessalement le post traitement ou minéralisation
Chapitre II Généralité sur le dessalement
Page 16 Figure II.1 : Schéma général d’une installation de dessalement
II.1.5.1 Captation de l’eau de mer
Consiste à pomper l’eau de mer vers la station de dessalement, cette eau doit être bonne du point de vue matières en suspension. Sont utilisés dans cette étape deux types de technologies :
Les forages côtiers : soit verticaux soit sous forme de galeries horizontales permettant d’obtenir une eau de très bonne qualité et relativement stables.
La prise d’eau de surface : peut être faite en pleine mer. Dans le cas idéal, le captage doit être effectué en zone profonde, éloigné de la côte, protégé des pollutions et des forts courants [26]. II.1.5.2 Le prétraitement
Le prétraitement de l’eau de mer avant osmose inverse est absolument nécessaire car les membranes d’osmose inverse sont très sensibles au colmatage et une bonne qualité de l’eau en entrée des modules d’osmose inverse est indispensable pour assurer des performances stables de l’osmose inverse sur le long terme. Les procédés de prétraitement peuvent être divisés en deux catégories : les prétraitements physiques et les prétraitements chimiques.
Les prétraitements physiques incluent les préfiltres mécaniques, les filtres à cartouche, la filtration à sable et la filtration membranaire.
Le prétraitement chimique consiste en l’addition d’inhibiteurs d’entartrage, de coagulants, de désinfectants et de polyélectrolytes [27].
Chapitre II Généralité sur le dessalement
Page 17 a. Coagulation-floculation
La coagulation permet de favoriser l’agglomération des colloïdes en diminuant les forces de répulsion électrostatique (liées aux charges superficielles). La floculation consiste à agglomérer ces particules en microflocs puis en flocs plus volumineux décantables. Les substances les plus couramment utilisées sont :
• pour la coagulation : la chaux, l’alun, le sulfate ferrique et le chlorure ferrique,
• pour la floculation : les polymères organiques à longues chaines de masse molaire élevée [28].
b. La filtration
Dans le cas de la filtration sur sable, la séparation s‘effectue le long d‘un milieu poreux (le sable), plus ou moins tortueux, qui se colmatera en profondeur au fur et à mesure de l‘accumulation des particules en suspension lors du passage du fluide. Plusieurs autres types de filtres reposent sur ce principe (filtre à cartouche, filtre à disque,…). Un milieu poreux représente un ensemble de grains ou d‘agrégats autour desquels des espaces vides, appelés pores, sont interconnectés ou non. Le matériau doit être perméable à un écoulement de fluide [29].
c. Le Traitement chimique
Après filtration à sable, des équipements de dosage font partie de prétraitement chimique appliqué à l’eau de mer avant l’entrée dans les membranes (acidification, addition de bisulfite de sodium et dosage d’anti-incrustant [30].
d. La filtration de sécurité ou microfiltration
La microfiltration est assurée par l'utilisation d'un filtre à cartouche type bobiné. Entre le collecteur d'entrée et de sortie, il y'a un manomètre différentiel muni de contact électrique pour alarme, qui indiquera quand il sera nécessaire de remplacer les cartouches filtrantes [30]. II.1.5.3 Les différents procédés de dessalement
Plusieurs méthodes permettent la séparation de l’eau de mer en une eau douce contenant une faible concentration des sels dissouts, et une solution concentrée en sels. On citera notamment la distillation, l’osmose inverse, la congélation et l’électrodialyse.
Chapitre II Généralité sur le dessalement
Page 18 Cependant, les deux technologies utilisées actuellement, à l’échelle industrielle, sont celles basées sur la distillation et l’osmose inverse [31].
II.1.5.3.1 Procédé de la distillation
L’eau de mer chauffée produite de la vapeur d’eau qu’il suffit de condenser pour obtenir de l’eau pure.
a) Distillation à simple effet
Permet de reproduire le cycle naturel de l’eau. Dans une enceinte fermée, un serpentin de réchauffage porte à ébullition l’eau de mer. La vapeur produite se condense au contact d’un deuxième serpentin alimenté par de l’eau de mer froide. Un groupe électropompe soutire l’eau condensée, un deuxième, l’eau de mer concentrée [32].
b) Distillation à multiples effets
Son objectif est d’améliorer la consommation spécifique de l’évaporateur, simple effet. On sait que la température d’ébullition de l’eau varie avec la pression. On peut donc utiliser la chaleur de condensation de la vapeur produite dans une première chambre d’évaporation pour faire fonctionner le faisceau de chauffe d’une seconde chambre à pression et température plus faible et ainsi de suite [26].
c) Distillation avec compresseur de vapeur
Consiste à une revalorisation de la vapeur d’eau du dernier effet par compression grâce à un compresseur mécanique ou via un éjecteur, on parle alors de thermocompression. La compression par éjecteur nécessite par ailleurs une vapeur motrice [33].
d) Distillation par détente successive ou procédé « Flash »
Consiste à mettre une enceinte sous vide, isolée et ne contenant que de l’eau de mer. On la maintient en équilibre avec sa vapeur à une température « t » et une pression « p ». Lorsque de l’eau chaude est introduit dans l’enceinte, et que p est inférieure à la pression de saturation, on observe une vaporisation instantanée par détente. La chaleur de la vapeur est transférée à l’eau froide circulant dans les tubes de condenseur. Elle est alors condensée sur un faisceau tubulaire situé dans la partie supérieure de l’enceinte. On peut alors récupérer l’eau distillée pure [34].
Chapitre II Généralité sur le dessalement
Page 19 II.1.5.3.2 Procédé membranaires
Au lieu d’extraire par évaporation l’eau douce de l’eau de mer, on peut envisager une séparation de l’eau et des sels dissous au moyen de membranes sélectives. Deux procédés utilisant de telles membranes sont actuellement commercialisés. Ce sont l’électrodialyse et l’osmose inverse.
a. L’électrodialyse
L’électrodialyse fonctionne sur le principe du rejet d’ions grâce à leur charge. Les techniques de l’électrodialyse sont : la dialyse et l’électro-désionisation.
On distingue trois types d’électrodialyse :
L’électrodialyse dite conventionnelle (ED) L’électrodialyse à membrane bipolaire (EDMB) L’électrolyse à membranes (EM)
Le point commun de ces techniques est la mise en œuvre de membranes échangeuses d’ions permettant de transférer des ions de façon sélective sous l’effet d’un champ électrique.
L’électrodialyse dite conventionnelle
Le terme dialyse désigne la diffusion d’une solution à travers une membrane qui lui est perméable. L’électrodialyse désigne le transfert d’ions à travers une membrane qui leur est perméable sous l’effet d’un champ électrique.
L’électrodialyse à membrane bipolaire
Les membranes bipolaires sont constituées d’une face perméable aux anions et d’une face perméable aux cations. Sous l’effet d’un champ électrique, l’eau présente au cœur de la membrane est dissociée en ions H+ et OH- générés respectivement par les faces cationiques et anioniques.
L’électrolyse à membranes
L’électrolyse à membranes est la technique électro-membranaire dans laquelle on couple les effets d’une électrodialyse (migration d’ions au travers d’une membrane semi-perméable) à ceux d’une électrolyse (réaction aux électrodes) [35].
Chapitre II Généralité sur le dessalement
Page 20 b. L’osmose inverse
L’osmose un phénomène qui tend à équilibrer la concentration en soluté de part et d’autres d’une membrane semi-perméable. C’est est un phénomène naturel, notamment à travers les membranes cellulaires [35].
Le phénomène d’osmose va se traduire par un flux d’eau dirigé de la solution diluée vers la solution concentrée. Si l’on essai d’empêcher ce flux d’eau en appliquant une pression sur la solution concentrée, la quantité d’eau transférée par osmose va diminuer. Il arrivera un moment ou la pression appliquée sera tel que le flux d’eau va s’annuler. Si pour simplifier, on suppose que la solution diluée est de l’eau pure, cette pression d’équilibre est appelée pression osmotique. Une augmentation de la pression au-delà de la pression osmotique va se traduire par un flus d’eau dirigé en sens inverse du flux osmotique, c’est-à-dire de la solution concentrée vers la solution diluée ; c’est le phénomène d’osmose inverse [26].
Installation d’osmose inverse
Les principaux constituants d’une installation d’osmose inverse sont les suivants : La membrane proprement dite
Le module
La pompe haute pression (HP) Le système de récupération d’énergie 1. Membrane d’osmose inverse
Une membrane est une interface physique de faible épaisseur, qui contrpole le transfert d’espèces chimiques entre les deux milieux qu’elle sépare. Cette interface peut être homogène au niveau moléculaire, uniforme en composition et structure, ou elle peut être chimiquement et physiquement hétérogène, contenant des pores de dimensions définis ou contenant des couches superposées [36].
Du point de vue classification, il existe une grande diversité des membranes. Elles sont classées par famille selon leur nature chimique, leur structure et leur forme physique.
2. Module d’osmose inverse
Pour être mise en œuvre, les membranes doivent être montées dans des supports appelés modules. Une enceinte résistant à la pression est toujours nécessaire. Il existe quatre types de modules.
Chapitre II Généralité sur le dessalement
Page 21 Modules plans
Les modules plans sont les plus anciens et les plus simples : les membranes sont empilées en mille-feuilles séparées par des cadres intermédiaires qui assurent la circulation des fluides [35].
Modules tubulaires
Un module tubulaire contient plusieurs tubes qui peuvent être en série ou en parallèle. L’eau à traiter circule à l’intérieur des tubes et le perméat est recueilli à l’extérieur des tubes. Les tubes constituent des canaux d’écoulement tangentiel [35].
Modules spiralés
C’est un module particulier de membranes planes qui sont enroulées autour d’un axe creux collecteur de perméat. L’ensemble est introduit dans une enveloppe cylindrique dont les sections donnent accès à l’entrée de l’alimentation et à la sortie du rétentat [37].
Modules à fibres creuses
Ils contiennent plusieurs milliers de fibres dont le diamètre est de l’ordre de 1 mm. Les aisceaux ainsi obtenus sont encollés aux extrémités de façon à assurer l’étanchéité entre le compartiment (perméat) et l’alimentation. L’alimentation peut se faire à l’intérieur (interne- externe) ou à l’extérieur (externe-interne) des fibres creuses, selon que la peau active est a l’intérieur ou à l’extérieur de la fibre creuse [37].
3. Pompe à haute-pression HP et système de récupération d’énergie
Les pompe haute-pression d’alimentation des modules d’osmose inverse destinée au dessalement de l’eau de mer ainsi que les dispositifs de récupération de l’énergie hydraulique du concentrât qui y sont associés, représentent des postes très importants dans la conception des usines de dessalement, tant du point de vue de l’investissement, que de celui de l’énergie électrique nécessaire à leur fonctionnement. Les pompes haute-pression des membranes d’osmose doivent permettre d’assurer un débit d’eau à une pression donnée, tout en absorbant le minimum d’énergie [38].
Chapitre II Généralité sur le dessalement
Page 22 II.1.5.4 Le post de traitement ou minéralisation
En général, l’étape de poste traitement comporte deux phases principales : l’ajustement de pH et la chloration.
II.1.5.4.1 L’ajustement de pH
L’eau produite par un des procédés de dessalement est agressive. Son pH est inférieur au pH de saturation. La correction du pH se fait par une solution alcaline, automatiquement par une fonction du pH [30].
II.1.5.4.2 La chloration
Il est nécessaire d’assurer une étape de désinfection pour éviter toute contamination et développement biologique. Dans ce contexte, il existe de nombreuses méthodes de désinfection de l’eau, mais la plus utilisée est la chloration de l’eau par l’utilisation d’une solution d’hypochlorite de sodium (eau de Javel). La chloration permet de détruire les organismes pathogènes présents dans l’eau et protéger l’eau contre de nouvelles contaminations ultérieures au cours de son transport ou de son stockage [39].
II.2 Présentation de la station de dessalement de l’eau de mer à TENES
Elle est crée pour éliminer la déficience en matière d’alimentation en eau potable des cartiers de la commune côtière Mainis qui reçoit de nombreux estivants en été [30].La première station de dessalement de l’eau de mer par l’osmose inverse a été installée le 17 janvier 2007 par l’entreprise de traitement hydraulique (hydrotraitement) au niveau de la wilaya de Boumerdes (station monobloc) [30].
En Février 2007, la station a fait l’objet d’un transfert à partir de Corso, wilaya de Boumerdes vers Ténès, les travaux de réalisation de projet ont pris fin le 06 juin 2007. Les premiers essais ont débute le 15 juin 2007 avec le groupe électrogène. Le jeudi 19 juillet 2007, la station a été mise en service [30].
La mise en service finale de la station de dessalement Ténès était en juin 2015 dont la capacité de production est de 200.000m3/j par la technique d’osmose inverse, assurant l’approvisionnement en eau potable de plusieurs communes.
Chapitre II Généralité sur le dessalement
Page 23 Figure II.2 : Vue général sur la station de TENES
L’investissement a été réalisé par l’entreprise « SONATRACH et SONELGAZ » avec 49% et l’entreprise espagnole « ABENGOA » avec 51% de cet investissement.
II.2.1 Situation géographique
L’unité de dessalement de l’eau de mer à Ténès se situe dans la zone d’expansion touristique de Mainis, à la sortie de ville côtière d’environ 6Km ouest de la ville de Ténès et 60Km de la ville de Chlef, elle s’étend sur une superficie de 6100m2
, il est limité par : Au Nord : la mer méditerranée
Au Sud : la route nationale N°11
A l’Ouest : une petite unité de dessalement 5000 m3
/j (ancienne station). A l’Est : les habitations de Mainis
Chapitre III
Processus de dessalement de
l’eau de mer
Chapitre III Processus de dessalement de l’eau de mer
Page 24
III.1 Description du processus de dessalement de l’eau de mer
Le processus du dessalement d’eau de mer comporte quatre étapes principales : La captation de l’eau de mer.
Le prétraitement. L’osmose inverse. Le post-traitement.
III.1.1 La captation de l’eau de mer
Dans ce cas, la prise d’eau faite en pleine mer à 600m se fait par deux tuyauteries prenant appui sur le fond marin de 10 m, d’un diamètre de 1800 mm chacune, ils permettent de transiter l’eau de mer gravitaire-ment jusqu’au réservoir de collecte. Le débit maximal de capture est de 540000 m3/j ce qui implique une capacité excédentaire de 13,26%.Cette tour est dotée d’un système de pré-filtration comprenant des tubes de grilles à gros grains et des tamis autonettoyants, qui permet d’assurer une entrée en eau moins chargée en débris marins et homogène, adéquate pour l’étape suivante [40].
Le captage est effectué en zone profonde d’environ 8m, protégé des pollutions et des forts courants et il n’est pas influencé par les rejets. La pression d’entrée de le de mer est de 2 à 4 bars.
Chapitre III Processus de dessalement de l’eau de mer
Page 25 Figure III.5 : les deux beaudrey (des filtres rotatifs)
III.1.2 Le prétraitement
C’est la deuxième étape du processus de dessalement dont le but est d’éliminer : Les solides en suspension.
Les matières organiques. Les micro-organismes. Elle comporte deux types.
III.1.2.1 Prétraitement chimique
a. Désinfection
On effectue une chloration de l’eau brute moyennant dosage d’hypochlorite de sodium dans l’émissaire sous-marin et dans la chambre d’aspiration des pompes.
L’hypochlorite de sodium est fabriqué sur place électrolyse. Dans le processus d’électrolyse, l’eau de mer est traversée par une courante électrique grâce à laquelle des bulles d’hydrogène et de chlore vont être formés. Les bulles de chlores réagissent avec l’hydroxyde de sodium, un autre produit de la réaction d’électrolyse, en donnant matière à la formation d’hypochlorite de sodium [40].
b. Dosage de métabisulfite de sodium
L’utilisation du métabisulfite de sodium permet d’éliminer le chlore résiduel contenu dans l’eau de mer avant son arrivée aux membranes d’osmose inverse, évitant leur détérioration par oxydation [40].
L’injection de la solution de Na2O5S2se fait par un équipement qui est composé de deux
réservoirs d’accumulation-dissolution et d’une pompe doseuse par ligne, plus une réserve [40].
Chapitre III Processus de dessalement de l’eau de mer
Page 26 c. Dosage d’inhibiteur anti-scalant
Afin d’éviter la précipitation des sels dans les membranes, on dosera un inhibiteur dont l’action est destinée à empêcher la formation des réseaux cristallines, en maintenant les ions dispersés et en permettant de dépasser limite du produit de solubilité de ces sels [41]. III.1.2.2 Prétraitement physique
a. Filtre à sable
Ce système élimine la plupart des particules en suspension, huile et graisses qui restent dans l'eau de mer.
Il contient 36 filtres qui sont distribués d’une surface unitaire de 92m2 avec une longueur de 11,9m et un largueur de 7,9m. Chaque filtre a 3 couches pour mieux éliminer tous les particules, donc la masse bicouche composée d’une couche de gravé, l’anthracite (0.8-1.6mm) et une autre de silice (0.4-0.8mm), La vitesse de filtration sera de 5,19m/h [40].
b. Filtre à cartouche
La microfiltration est assurée par l’utilisation d’un filtre à cartouche pour protéger les pompes à haute pression dans le block d’osmose inverse [40].
Au total, nous avons 22 filtres avec 290 cartouches chacune, dont 10 qui filtrent l’eau d’alimentation aux pompes de haute pression et 12 filtrant le courant d’alimentation aux récupérateurs d’énergie. Les tuyauterais et les collecteurs d’entrée et de sortie des filtres sont en polyester renforcé de verre sont d’un diamètre tel que la vitesse ne dépasse pas les 2,5m/s [41].
Chapitre III Processus de dessalement de l’eau de mer
Page 27 III.1.2.3 Equipement osmose inverse
a. Le pompage haute pression
Avant l’entrée dans les membranes d’OI, l’eau prétraitée arrive au système de pompage de haute pression généralement entre 60 et 70 bars, en fonction des temps rature et de la salinité [40].
b. Récupération de l’énergie du concentrât
Le système de récupération d’énergie est au moyen d’une turbine Pelton ; ou la quantité d’énergie récupéré est environ 4 bars c’est-à-dire 5% par rapport à l’énergie consommée par l’unité (1500 KW) [40].
Figure III.7 : Système de récupération d'énergie c. Système de membranes d’osmose inverse
Dans cette partie de prétraitement de l’eau, le bloc d’osmose inverse est constitué de 4 unités. Une unité contient 3 Rack donc au totale 12 Racks, chaque Rack contient 196 tubes de pression, et 7 membranes dans chaque tube [40].
L’eau prétraitée est pompée grâce aux pompes HP, rentre dans les racks avec une pression de 65 bar.
Chapitre III Processus de dessalement de l’eau de mer
Page 28 d. Modules d’osmose inverse
Le module utilisé dans l’unité d’étude est le module spiralé.
Au sein des modules spiraux, une membrane plane est enroulée sur elle-même autour d’un tube poreux (le collecteur du perméat) qui recueille le filtrat. On obtient ainsi un cylindremulticouche ou le perméat s’écoule selon un chemin spiralé vers le tube poreux tandis que l’alimentation circule axialement dans les canaux [40].
Du coté de l’écoulement de la solution à traité, les couches membranaires sont séparées par une grille en plastique (un support) (espaceur grossier).
III.1.3 Post de traitement
Dans la dernière étape de traitement on se fait la reminéralisation de l’eau produite avec la poudre de calcaire (Ca Co3) et le dioxyde de carbone (CO2) afin d’atteindre une qualité d’eau
dans les normes [40].
L’equation de la réaction est :
Ca (OH) + CO2 CaCO3 + H2O
Le dioxyde de carbone dissout dans l’eau réagit avec les carbonates de calcium induisant la dissolution de l’ion calcium, la formation de bicarbonate et en conséquence permet la régularisation du pH.
Chapitre IV
Méthodes d’analyses et
résultats
Chapitre IV Méthodes d’analyses et résultats
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IV.1 Méthode analytiques
IV.1.1 Analyses physiques
a. pH, conductivité, TDS et la température: ces paramètres ont été mesurés par un appareil multi paramètre de la marque MAYRON, au niveau de laboratoire de la station de Ténès.
Figure IV.10 : appareil multi-paramètre
b. La turbidité : à l’aide d’un turbidimètre de modèle Hanna les mesures sont effectuées.
c. Indice de Langelier
Il est tient compte à la fois de la température, du pH,de l’alcalinité et de la dureté. L’indice de langelier est une évaluation globale de la qualité de l’eau pour déterminer si l’eau est corrosive ou s’il aura formation de tartre. On pourra déterminer si l’eau est balancée ou non chimiquement. Il est calculé par un logiciel qui s’appelle ‘‘ Equilibre 1’’.
